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MEMS技术是一门新兴的交叉学科,微尺度下表面力的研究是机械学科研究的前沿领域,对微机械技术的发展非常关键。本文以MEMS动平板模型为研究对象,建立了相关理论模型,进行了仿真分析,并设计了一些实验器件,展开了针对微间隙界面粘附阻力的实验研究。
对于静电阻力的研究,建立了光滑平板以及粗糙平板微间隙静电场模型,进行了理论计算及仿真分析,结果表明静电阻力随外加电压的平方、微间隙特征参数、相对介电常数及表面形貌因数的增大线性增大,且表面形貌因数受微凸体在上极板的投影面积与上极板小单元面积之比及相对表面粗糙度的影响。在粗糙度模型中,随着相对表面粗糙度的增大,静电阻力的仿真值与理论结果偏差逐渐加大,表明在实际的静电场中,电荷在粗糙度平板上并不是均匀分布的,微凸体顶部电荷较多,出现尖端效应。
对于液体粘性阻力的研究,建立了上平板做简谐振动的微间隙液体粘性阻力模型,进行了理论计算及仿真分析。在假定流体遵守边界无滑移的条件下,得出了液体粘性阻力随着平板振动的频率、最大振动速度、流体密度、流体动力粘度以及平板面积的增大而增大的规律。通过仿真分析发现,对于不同的平板振动频率以及微间隙厚度,微间隙流场的速度分布特性不同。
对于界面粘附阻力的研究,建立了微间隙界面粘附阻力模型,进行了理论计算及实验研究,发现界面粘附阻力随单位面积的液气界面表面能以及平板宽度的增大而增大,随着接触角的减小而增大,且平板开孔的总宽度以及平板移动方向的孔数的增大将显著增大界面粘附阻力。